Kök hücre deyimini son yıllarda sıkça duyuyoruz. Peki kök hücre nedir? Kök hücrenin serüveni nedir?
Dünya üzerinde bütün canlılar hücrelerden oluşur. Kimi canlılar tek hücreden meydana gelirken insan türü gibi canlılar çok sayıda hücrenin organize olarak bir arada çalışmasıyla meydana gelir.
İnsanın vücudunun bütün dokularını oluşturan 200’den fazla sayıda hücre çeşidi vardır.
Örneğin:
- Kan içerisindeki alyuvarlar, akyuvarlar
- Uyarıları iletmekle sorumlu nöronlar
gibi envai çeşit hücret çeşidi insan bedeninde bulunur.
İşte bu kadar farklı hücreye dönüşebilen ve insan vücudunun temelini atan hücrelere kök hücre denir.
Kök Hücre Nedir?
Kök hücreler hem insan vücudunun temelini atar hem de doğumdan sonra bireyin büyüme ve gelişmesini sağlar. Ayrıca vücuda gelen zararları onarır.
Bu yönü ile ben kök hücreleri “kil”e benzetiyorum. Kil ile tuğlalar yapıp duvar örebiliriz ve yaptığımız duvarı uzatıp genişletebiliriz. Ayrıca duvarımıza bir zarar gelirse bu zararı kille onarabiliriz.
Yani kök hücre insan vücudunu oluşturan, geliştiren ve gerektiğinde onaran yapıdır. Şimdi kök hücrenin bu ilginç serüvenine göz atalım.
Kök Hücrenin Serüveni
İnsan vücudunu oluşturan kök hücreleri yani embriyonik kök hücreleri incelemek için döllenme ve hamileliğin ilk dönemlerine kadar bir yolculuk yapmamız gerekir.
Ebeveyn bireylerin yumurta ve sperm ana hücrelerinin geçirdiği mayoz bölünmeler sonucunda “n” kromozomlu sperm ve yumurta hücreleri elde edilir. Döllenme olayında “n” kromozomlu sperm ve yumurta hücreleri birleşerek “2n” kromozomlu zigotu oluşturur. İşte bu zigot tek bir hücre olmasına rağmen hamileliğin ilerleyen dönemlerinde mitoz bölünmeler geçirerek trilyonlarca hücreden oluşan vücudu meydana getirecektir.
Döllenmeden sonraki günlerde zigot hücre, boyutunda çok büyük bir artış olmaksızın bölünmeye başlar. Bu bölünmüş zigota mikroskop altında bakıldığında dut meyvesine benzer bir şekil görülür. Zigotun bu formuna morula denir. Bu kelimenin kökeni İngilizce dut anlamına gelen Mulberry sözcüğünden gelmektedir.
- Morulanın içi sıvıyla dolu olan blastosiste dönüşmesi ve dut şekli
Morula bölünmeye devam ettikçe biçiminde farklılıklar oluşmaya başlar. Dış kısımda kalan hücreler değişimler geçirir ve iç kısımda kalan hücrelerle arasında bir sıvı oluşur. Morulanın bu yeni formuna blastosist adı verilir. Blastosistin dış kısmında kalan hücreler trofoblast olarak adlandırılırken iç kısımda kalan hücreler embriyoblast olarak adlandırılır. Bu küresel şeklin içerinde kalan embriyoblast hücreleri için iç hücre kütlesi ifadesi de kullanılır.
Hamileliğin ilerleyen dönemlerinde trofoblast hücreler plasenta yapısını oluştururken embriyoblastların içerisinde yüzdüğü sıvı amniyon sıvısını oluşturur.
Başta bahsettiğim tuğlayı oluşturan kil işte bu iç hücre kütlesidir. Vücudunuzdaki bütün organların, dokuların, yapıların hepsi temelinde bu hücrelerden meydana gelir. Bu hücreler bütün hücrelere dönüşebilme özelliğine sahiptir ve kendilerini herhangi bir sınır olmadan bölebilirler. Bu çok sayıda hücre çeşidine dönüşebilme özelliğine pluripotent denir.
Embriyonik kök hücreler yakın zamanda keşfedilmiş ve keşfi ile tıp dünyasını çok heyecanlandırmıştır.
Kök Hücre İle Neler Yapılabilir?
Kök hücrelerin pluripotent özellikleri sayesinde kendisini yenileyemeyen sinir hücresi(nöron) gibi hücrelere yedek oluşturarak felç, parkinson gibi günümüzde tedavisi olmayan hastalıkların gelecekte önlenebileceği öne sürülmektedir.
Mesela geçirdiği trafik kazası sonucunda omuriliğinde hasar meydana gelen ve bacaklarını hareket ettiremeyen bir bireyin kopan sinir ucuna pluripotent özellikte bir hücre yerleştirilerek kendisini önce çoğaltmasını daha sonrasında da bulunduğu ortamı algılayıp kendisini sinir hücresine dönüştürmesini ve kopan sinir uçları arasında bağlantı kurarak kişinin tekrardan bacaklarını kullanmasına imkan vermesi amaçlanmaktadır.
Bunun haricinde organ nakli bekleyen hastalar için de pluripotent kök hücreler büyük bir umut oluşturmaktadır. Laboratuvar ortamında toplanan pluripotent kök hücrelerle 3d yazıcı teknolojisi de kullanılarak nakil bekleyen hastalar için gerekli organlar üretilip nakledilmesi ya da kobay canlıların ortamlarında bu organların üretilip daha sonrasında hastaya nakledilmesi gibi çalışmalarda vardır.
Siteyle de bağlantısı olması açısından foreskin restoration (sünnet derisi restorasyonu) alanında çalışan foregen şirketi de kök hücreler üzerinde çalışmaktadır. Foregen, kök hücreler sayesinde vücut dışında tam işlevli ve tamamen doğal bir sünnet derisi oluşturmayı ve bunu insanlara nakletmeyi vaad etmektedir.
Ancak bu konuda yapılan çalışmalar henüz yolun çok başındadır. Hiç değilse foregen’in araştırma sürecinin bitmesinin ve halka açılmasının 5 yıldan uzun süreceği tahmin edilmektedir.
Yetişkinlikte Kök Hücre
Embriyonik kök hücreler haricinde “indüklenmiş pluripotent kök hücreler” denilen bir çeşit hücrenin de aynı şekilde bütün dokuları oluşturabilecek şekilde değişebileceği öngörülmektedir. Bu hücrelerin embriyonik kök hücrelerden farkı halihazırda başkalaşım geçirmiş olan hücrelerin gen dizilimlerinde değişiklikler yapılmasıyla pluripotent özelliğinin kazandırılmasıdır. Bu gen aktarımı ancak laboratuvar ortamında yapılabileceği için maalesef pek de mümkün olduğu düşünülmemektedir. Bu konuda yapılan çalışmalar hem çok pahalı hem de çok zor olduğundan dolayı teorik olarak zor olmasının yanında yapılan çalışmalar da pratikte zordur.
Doğumdan sonra vücudumuzda görev yapan kök hücre çeşidi “Somatik-Yetişkin kök hücreler”dir. Bu hücreleri kil örneği ile modellemek gerekirse somatik kök hücreler kilden yaptığımız tuğlardan oluşan duvarda meydana gelen çatlakları doldurmak için kullandığımız kil parçaları olarak değerlendirebilir. Yani amaç hasar görmüş vücut parçalarını tedavi etmektir.
İnsan vücudu bir saat içerisinde 40.000’den fazla deri hücresini döker. Hatta ortalama 1 ay içinde bütün derinizi kaybedersiniz. Bütün bu deri kaybına rağmen derisiz kalmıyorsunuz. Kaybettiğiniz deri hücreleri için veya yaralanma durumlarında epidermal kök hücreler yeni deri hücreleri üretir. İşte bu sayede derisiz kalmazsınız. Ancak maalesef somatik hücrelerin yaptığı yenileme kusursuz değildir.
İşte bu yüzden yara izleri, dikiş izleri, yanıklar herhangi bir lazer işlem uygulanmadıkça bizimle kalırlar.
Somatik kök hücreler kendi başlarına bir işlev yapamazlar. Mesela kırmızı kemik iliğindeki kök hücrelerden bahsedelim. İlikte bulunan kök hücreler vücudu viral veya bakteriyel enfeksiyonlara karşı koruyamaz veya oksijen taşıyamazlar. Ama bu kök hücrelerin ürettikleri alyuvar ve akyuvar hücreleri bu işlevleri yerine getirebilir.
Kök Hücrelerin Yetenekleri
Bir hücrenin “Kök Hücre” olarak nitelendirilebilmesi için 2 şart vardır.
Kendini Yenileyebilme Özelliği
Kök hücre bölününce ortaya çıkan 2 hücreden birisi kök hücre olmak zorundadır. Bu sayede bünyedeki kök hücre varlığı sürekli korunur. Ancak kök hücreler ölümsüz değildir. Ergenlik sonuna kadar bireyin büyüme ve gelişiminin sağlanabilmesi için ortalama her 10 bin hücreden biri kök hücreyken 60’lı yaşlarda bu oran 1 milyonda 1’e kadar düşer. İşte bu yüzden yaşlı bireylerin yaraları daha geç iyileşir ve daha kolay hasta olurlar. Kök hücrelerin sayısı sürekli olarak 10 binde 1 gibi yüksek bir oranda olsaydı Wolverin gibi sürekli iyileşip ölümsüz olurduk.
Eğer dışarıdan alınan hasar hayati organlara gelmişse veya çok büyükse kök hücreler vücudun onarılmasına yetişemez ve bu durumlarda da hastalık veya ölüm durumları meydana gelir.
Kök hücrelerin nasıl sürekli kendi varlıklarını devam ettirdiğine dair yapılan çalışmalarda bunu sağlayan 2 tip bölünme olduğu gözlemlenmiştir.
1) Zorunlu Asimetrik Replikasyon
Bu bölünme çeşidinde adından da anlaşılacağı üzere kök hücre bölününce ortaya çıkan iki hücre simetrik (birbirinin aynısı) değildir. Bölünme sonucu ortaya çıkan hücrelerden biri özelleşmiş hücre olarak yapması gereken işi yaparken diğer hücre yeni kök hücredir. Yeni kök hücre de zamanı gelince kendisinin ata hücresi gibi özelleşmiş bir kök hücreye bölünecektir.
2) Stokastik farklılaşma
Stokastik farklılaşma durumunda ise kök hücre bölünmeden önce bir takım kimyasallarla aynı dokuda bulunan kök hücreleri uyarır. Bu uyarıyı alan kök hücrelerden bir tanesi karşıt bir uyarı yayar ve bölünme işlemi başlar. Uyarıyı veren 1. Kök hücre kendisini 2 tane özelleşmiş hücre olarak bölerken karşıt uyarı veren 2. hücre de kendisini vücutta eksiklik oluşmasın diye 2 tane kök hücre olacak biçimde böler. Bütün işlemler sonucunda bölünmüş olan 2 hücreden 2 özelleşmiş ve 2 kök hücre elde edilir. Bölünme işlemi başlamadan önce verilen sinyaller sayesinde de kök hücre eksikliği ve kanserleşme engellenmiş olur.
Farklılaşabilme Özelliği
Farklılaşabilme, kök hücre olmanın ikinci şartıdır. Bu özellik, pluripotent kök hücrelerde 200’den fazla sayıdaki hücre çeşitlerinden herhangi birine dönüşebilmekken, somatik kök hücrelerde bölünme sonucunda hem kök hücre hem de özelleşmiş hücre verebilme özelliği olarak değerlendirilebilir.
Bölünme sonucunda oluşan farklılaşmış hücrelere göre kök hücreler sınıflara ayrılmaktadır.
Epidermal(deride yer alan) kök hücreler bölünme sonucunda özelleşmiş hücre olarak sadece epidermal hücreler verebildiği için daha zayıf bir farklılaşma gücüne sahiptir. Epidermal kök hücrelere, yalnızca bir tane özelleşmiş hücre verebildikleri için “unipotent” denirken; kırmızı kemik iliği gibi birbirine yakın türden özelleşmiş hücreler verebilen kök hücrelere ise “polipotent” denir. Kırmızı kemik iliğindeki kök hücreler bölündüğünde alyuvar ve akyuvar olmak üzere 2 çeşit özelleşmiş hücre verebilir.
Polipotent(multipotent) ve unipotent kök hücreler, erişkin-somatik kök hücre çeşitleridir. Dolayısıyla iç hücre kütlesinde yer alan ve 200’den fazla çeşit hücreye dönüşebilen pluripotent kök hücrelerden daha yetenekli değillerdir.
Kordon Kanı Mevzusu
Kök hücrelerle uzaktan yakından alakanız varsa kesinlikle kordon kanı ile ilgili bir şeyler duymuş olmalısınız. Kordon kanı hamilelik süresince taşıyıcı bireyden bebeğe besin aktarımını sağlayan göbek kordonu içerisinde bulunan kandır. Yakın zamanda bu kordon üzerinde yapılan çalışmalar kordonun içerisinde polipotent özelliğe sahip birçok kök hücrenin bulunduğunu gösterdi. Bu yapı eskiden doğan çocuğun hayatına şans getirmesi amacıyla ağaçların diplerine gömülürken artık belirli ücretler karşılığında içerisindeki kök hücrelere zarar verilmeden saklanıyor.
Bazı bilim insanları bu kan içerisinde polipotent kök hücrelerin yanı sıra pluripotent kök hücrelerin de olduğunu iddia etmektedir. Ancak hiç değilse şu anda bunu kanıtlayabilecek bir çalışma veya rapor verilmemiştır.
Bunun haricinde bazı bilim insanlarına göre doğumdan sonra bile vücutta pluripotent hücreler olduğu iddia edilmektedir. Ancak bunların sayısının çok ama çok az olmasından kaynaklı olarak yeterince etki gösteremediği iddia edilmektedir. Kordon kanındaki pluripotent hücrelerin varlığı gibi bu iddia da henüz doğrulanabilmiş değildir.
Kök Hücre Çalışmaları
Günümüzde kök hücre üzerinde yapılan çalışmalara sosyalist sağlık sisteminden dolayı Küba öncülük etmektedir. Zaten kanser tedavisi gibi Amerika ve Avrupa’nın çok gelişmediği bir alanda fazlasıyla veri ortaya koyan Küba kök hücrelerin keşfi, kök hücrelerin sınıflandırılması, kök hücrelerin saklanması ve nakledilmesi konusunda da zirvededir. Amerika ve İskandinav ülkeleri de Küba’nın ardından kök hücre çalışmalarına son zamanlarda önem vermiş ülkelerdir.
Özellikle korona virüsün sebep olduğu COVID-19 hastalığının tedavisinde sıkça başvurulan bir yöntem olan ve COVID-19 tedavisinde kullanılmasıyla popülerliği daha da artan “Kök hücre nakli”nden bahsedelim.
Kök Hücre Nakli
Örnek olarak Kök hücre naklinin en sık yapıldığı kemik iliği kanserinden bahsedeceğim.
Kemik iliği kanseri durumunda kişinin iliğindeki bazı hücreler kontrolsüz bölünerek alyuvar ve akyuvarları üretecek kök hücrelere yer bırakmaz. Kemik içerisindeki bu sıkışıklıktan dolayı kişinin alyuvar, akyuvar, trambosit hücreleri yenilenemediği için ve zaten dolaşımda olanlar bir süre sonra işlevsiz kalacağı için çeşitli sağlık sorunları görülmeye başlar. Kanserleşen hücre gruplarının ortadan kaldırılması için kemoterapi ve radyoterapi işlemleri maalesef sadece kanser hücrelerini değil görevini sorunsuzca yapan hücreleri de yok eder. Kemoterapi evresi sonrasında kanserli gruplar yok edilmiş olsa da vücuda alyuvar, akyuvar üretecek kök hücre de kalmamıştır.
İşte bu noktada kök hücre nakli devreye girer. Doku uyumu olan bir başka bireyden alınan kırmızı kemik iliği kök hücreleri, kanseri atlatmış olan kişinin iliğine yerleştirir. Nakledilen kök hücreler, kan hücrelerini üretirken bir yandan da kendi nüfuslarını arttırarak sistemin eski haline dönmesini sağlar. Bu sayede kişi tekrar yaşamsal fonksiyonlarına kavuşur.
COVID-19 tedavisinde de kök hücreler zarar görmüş akciğer dokusunun onarılması için nakledilmektedir.
Bu açıdan bakıldığında çoğu organ nakli kök hücre nakli gibi değerlendirilebilir.
Hücreler Nasıl Başkalaşır?
Neredeyse yazının başından beri başkalaşmış hücrelerden bahsediyoruz. Şimdi de hücreler nasıl başkalaşıyor sorusunu yanıtlayıp noktalayacağım.
Hücreler içerisinde taşıdıkları DNA molekülleri ile yaşamsal faaliyetlerin devamlılığı için gereken proteinlerin nasıl salgılanması gerektiğinin tariflerini barındırır. Sadece ama sadece pluripotent kök hücreler başkalaşım geçirir.
Bir hücre başkalaşmak istiyorsa DNA üzerinden okuma yapmalıdır. Varsayalım ki elimizde bir pluripotent kök hücre olsun ve bu hücremiz bir nörona dönüşmek istesin. Bu hücrenin bir nörona dönüşebilmesi için yapması gereken şey DNA’sından bir nörona dönüşmek için sentezlemesi gereken proteinlerin tarifinin saklandığı “gen”i bulup o proteinleri salgılamaktır.
Hücrenin herhangi bir geni seçip o genin bilgisini barındırdığı proteinleri sentezlemesi durumuna “gen ekspresyonu” denir.
Hücrenin ekspresyon yaptığı gen için “açık gen” ifadesi kullanılır.
Tekrar bir örnek verirsek bir pluripotent kök hücre çizgili kas hücresine dönüşecek olsun. Hücre önce DNA’sından çizgili kas olmak için gereken geni açık duruma getirir (o genin etkisi altına girer). Devamında o genin tarifini verdiği kasılıp gevşemeyi sağlayan proteinleri sentezleyerek çizgili bir kas hücresine dönüşür.
Hamilelik süresince başkalaşan hücreler, hem oluşan bebeğin DNA’sındaki gelişim aşamaları hem de taşıyıcının denetim mekanizması tarafından denetlenir. Böylece bebeğin bedeni düzgünce yapılandırılmış olur.